3.1　碳水化合物

碳水化合物由碳、氢和氧元素组成，其中氢和氧的比例占据50%，类似于水，是维持生命活动所需能量的主要来源。碳水化合物主要是由绿色植物经过光合作用生成（生长）的，它与脂肪、蛋白质合称为生物界的三大基础物质，是人类生存不可缺少的重要物质之一。

人体所需要的碳水化合物大多经过食物获得，而食物中的碳水化合物分为有效碳水化合物和无效碳水化合物两种形式。其中有效碳水化合物是人体可以吸收、利用的碳水化合物，例如单糖、多糖、双糖等；而无效碳水化合物则是人体无法吸收、利用的碳水化合物，例如纤维素等。

碳水化合物主要以葡萄糖、糖原和含糖的复合物3种形式存在，其生理功能与人体摄入的碳水化合物种类和存在形式有关。世界卫生组织根据中国膳食碳水化合物的实际摄入量，建议健康人群碳水化合物的摄入量为总能量的55%~65%，碳水化合物的主要来源包括糖类、谷物、水果、干果类、干豆类、根茎蔬菜类等。

1　碳水化合物的作用

碳水化合物是构成机体组织的重要物质，具有节约蛋白质、抗生酮、解毒和增强肠道功能等作用，其具体作用如下所述。

• ▷　供给能量　经膳食摄入的碳水化合物经体内消化以葡萄糖或其他单糖的形式参与代谢，是人体能量的主要来源。一般而言，膳食中的米、面等主食所含碳水化合物的量比较高，但食用这些食品在摄入碳水化合物的同时也会摄入蛋白质、维生素、脂类、矿物质等营养物质；而单纯摄入单糖或多糖，则无法补充其他热量，只能单纯地补充能量，例如白糖等。
• ▷　构成细胞和组织　碳水化合物以糖脂、糖蛋白和糖白多糖的形式分布于每个细胞之中，其含量占细胞的2%~10%。
• ▷　节省蛋白质　当体内的碳水化合物缺乏时，机体会调用蛋白质来满足机体所需要的能量，过多地调用蛋白质会影响机体的组织更新以及新蛋白质的合成效果。
• ▷　维持脑细胞功能　碳水化合物是维持脑细胞正常功能的重要元素，这是因为碳水化合物中的葡萄糖是维持大脑正常功能的必要营养素。当缺少碳水化合物而引起血糖降低时，其脑细胞的功能会因缺乏能量而受损，从而引发头晕、心悸、出冷汗等一系列不良反应，严重了还会引起昏迷。
• ▷　抗生酮　充足的碳水化合物会抗拒酮体的生成，而当体内的碳水化合物不足时，会导致体内的糖分缺乏。此时，机体会被迫分解脂类用以提供必需的能量；机体在分解脂类的同时会生成酮体，脂类分解得越多其酮体生成得也就越多，从而因酮体过高而导致高酮酸血症的出现。
• ▷　解毒　碳水化合物中的糖类代谢会产生葡萄糖醛栓，而葡萄糖醛栓会与体内的胆红素等一些毒素结合，从而达到解毒的目的。

刻意规避摄入碳水化合物而致使膳食中缺乏碳水化合物时，会导致疲乏、全身无力、血糖低、心悸等不良状态发生，严重缺乏者会导致因血糖偏低而引发的昏迷；而糖类不足也会造成脂肪分解不良，最终会导致酸碱平衡错乱形成酮症，身体如果持续处于酮症状态则会导致尿酸中毒昏迷直至死亡。

当然了，如果过多摄入碳水化合物，所摄入的量严重超过机体所需的能量，那么多余的碳水化合物将会转化成脂肪存储在机体内，长此以往便会导致肥胖，并引发高血脂、糖尿病等各类疾病。

2　碳水化合物的代谢过程

碳水化合物以糖原的形式储存在身体中，人体能够储存大约350克肌糖原，大约90克的糖原储存在肝脏中，大约5克的葡萄糖储存在血液循环中。体内的糖原是由葡萄糖合成的，而胰岛素的分泌主要用于调节体内血糖，如果胰岛素分泌过多则会导致低血糖，从而导致生成更多的脂肪；而胰岛素分泌不足则会导致高血糖或糖尿病。胰岛素调整血糖的分解过程，如下图所示。

通过上图可以发现，胰岛素通过影响肌肉与脂肪细胞来降低血糖，以达到从血液中获取葡萄糖的目的，也就是让血液中的葡萄糖进入到细胞中，使血液葡萄糖转移为细胞葡萄糖，从而使细胞获得了所需要的能量。而胰高血糖素，则是通过刺激肝脏来分解肝糖原并向血液中释放葡萄糖，因此肝糖原也是用于调节血糖水平的重要因素。

胰岛素分泌的反应高低与血糖高低具有相关性，血糖越高其胰岛素反应也就越高。但正常血糖下的胰岛素也处于持续分泌状态，此时的胰岛素分泌的量比较少，其作用是促使葡萄糖可以稳定地为肌肉与脑细胞提供能量，使人体维持正常的水平。

身体内的葡萄糖大部分来源于膳食中的碳水化合物，而多余的葡萄糖以糖原的形式储存在肝脏与肌肉中。当储存的糖原达到饱和之后，多余的葡萄糖则会以脂肪的形式进行存储。其中，肝糖原主要用于调节血糖，而肌糖原主要为运动提供相应的能量。当肝糖原耗尽时，不管肌糖原是否充足，其体内的血糖都很难维持正常了。综上所述，血糖是中枢神经系统的主要能量来源，运动中出现低血糖会出现神经疲劳，从而导致肌肉疲劳，使人整体上感觉比较疲劳；因此，在运动中，体内充足的碳水化合物是保持神经功能和肌肉功能的关键因素。其血糖的存储与分解，如下图所示。

3　碳水化合物与运动

参与运动的碳水化合物主要是存储在肌肉中的肌糖原，所有的体育运动都依赖于体内的碳水化合物，而长跑运动则可以清空体内的所有糖原储备。通过长跑训练和摄入富含碳水化合物的食物，可以增加肌糖原和肝糖原的含量。当然，摄入的碳水化合物必须通过氧气参与合成，才可以产生糖原，以帮助身体获得相应的能量。这一合成过程中，会产生二氧化碳和水这两种分解物，并会合成三磷酸腺苷这一能量，以供身体所需。

除了氧气参与之外，碳水化合物也可以在无氧情况下，以较短的时间释放相应的能量。这种短暂的能量释放适合于短时间内的快速运动，例如跑步中的冲刺阶段。这种无氧参与的能量合成称为无氧酵解过程，其合成速度相对于有氧参与合成能量的速度要快得多，优先用于快肌纤维中。但是，这种合成过程会产生乳酸和乳酸盐。一般情况下，慢跑和平缓的长跑只会产生少量的乳酸盐，而这些少量的乳酸盐会在肝脏、肾脏、心脏以及少负荷的肌肉中被持续分解，只有在高强度运动中才会产生大量的乳酸盐。

运动中所谓的燃脂这一说法，其实只有依赖碳水化合物的参与才可能达到目的；这是因为脂肪是需要依赖碳水化合物燃烧掉的，因此碳水化合物摄入不足，不仅无法减脂，也无法获得良好的运动效果。理想状态下，需要摄入合理的复杂碳水化合物；但在运动过程中或运动之后，也可以即刻摄入一些简单的碳水化合物，以满足运动过程中的能量消耗。各类碳水化合物的来源，如下图所示。

运动强度越高，对碳水化合物的依赖也就越强；即便是一些以燃脂为目的的低强度运动，也需要一定水平的碳水化合物来支持脂肪的燃烧及维持血糖平稳。一般情况下，对碳水化合物依赖较强的运动包括高强度、持续时间较长、高温或极低温下、高原等运动项目。

碳水化合物是跑步的必备营养之一，简单的理解就是如果跑步，那就需要碳水化合物。减少碳水化合物的摄入，会导致跑步变慢、力量变弱及头脑昏沉等现象的发生。所有的高强度运动中的体力都需要碳水化合物来提供能量。除此之外，一些变速跑、配速跑、抗阻力练习、肌肉增强练习及各种技巧类练习都需要碳水化合物来提供能量。因此，正确地选择碳水化合物，是维持身体基本能量和加强跑步等训练的有效手段。